共焦显微术由于其具有高分辨率和独特的三维成像能力等优点,而广泛应用于生命科学领域,但是它对体内组织细胞的在体(in vivo)成像却无能为力。为解决这个问题,提出了内窥式共焦显微术,它是将共焦显微术和光纤技术结合起来的新技术,既具有共焦显微术的独特优点,同时克服了它不能进行在体成像的缺点,具有广泛的临床应用价值,因而近年来成为光学显微术研究的热点。 有关共焦显微术的理论目前已经比较成熟,然而对内窥式共焦显微术的成像理论还未深入开展,关于光学系统参数对成像质量的影响仍缺乏比较完整的分析。鉴于此,建立内窥式共焦扫描显微术的成像理论和分析系统的光学参数对成像质量的影响将是本文在理论方面的主要工作。 目前,国外已有关于内窥式共焦扫描显微成像的实验报导,但其成像质量较差,尚需进一步的改进。为此作者运用理论分析和数值模拟结果,合理设计内窥式共焦扫描显微系统,并进行相关的试验研究与讨论。 本文的主要研究成果包括: 1.建立了内窥式共焦显微系统的光路模型;并基于光波导理论和标量衍射理论,推导出内窥式共焦扫描显微系统的成像公式。该研究成果为系统的设计奠定了理论基础。 2.推演出系统的相干传递函数,并模拟光纤纤芯半径对轴向分辨率的影响。结果表明:(1)系统属相干成像,并可用相干传递函数来描述其成像过程;(2)光纤纤芯半径对系统成像有明显影响:系统轴向响应半高宽随纤芯归一化半径A的增加而增加,即轴向分辨率随A的增加而减小。 3.基于共焦显微成像理论,对共焦针孔半径、物镜的数值孔径和光瞳函数对成像强度和分辨率的影响分别进行数值模拟。根据计算结果,本文提出了最佳针孔归一化半径v_d=3和轴向分辨率的优化方法,为系统的合理设计提供了理论依据。